如何在fluent中设置多相流.docx
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如何在fluent中设置多相流
如何在fluent中设置多相流
3设置一般的多相流问题(SettingUpaGeneralMultiphaseProblem)
3.1使用一般多相流模型的步骤(StepsforUsingtheGeneralMultiphaseModels)
设置和求解一般多相流问题的步骤的要点如下,各个子部分详细的讲述在随后的章节中。
记住这里给出的仅是与一般多相流计算相关的步骤。
有关你使用的其它模型和相关的多相流模型的输入的详细信息,将在这些模型中合适的部分给出。
1)选中你想要使用的多相流模型(VOF,mixture,orEulerian)并指定相数。
Define
Models
Multiphase...
2)从材料库中复制描述每相的材料。
Define
Materials...
如果你使用的材料在库中没有,应创建一种新材料。
!
!
如果你的模型中含有微粒(granular)相,你必须在fluidmaterialscategory中为它创建新材料(notthesolidmaterialscategory.)
3)定义相,指定相间的相互作用(interaction)(例如,使用欧拉模型时的dragfunctions)
Define
Phases...
4)(仅对欧拉模型)如果流动是紊流,定义多相紊流模型。
Define
Models
Viscous...
5)如果体积力存在,turnongravityandspecifythegravitationalacceleration.
Define
OperatingConditions...
6)指定边界条件,包括第二相体积份额在流动边界和壁面上的接触角。
Define
BoundaryConditions...
7)设置模拟具体的解参数
Solve
Controls
Solution...
8)初始化解和为第二相设定初始体积份额。
Solve
Initialize
Patch...
9)计算求解和检查结果
*欧拉多相流模拟的附加指南(AdditionalGuidelinesforEulerianMultiphaseSimulations)
一旦你决定了欧拉多相流模型适合你的问题,你应当考虑求解你的多相流问题的需求计算能力。
要求的计算能力很强的依赖于所求解的输运方程的个数和耦合程度。
对欧拉多相流模型,有大数量的高度耦合的输运方程,计算的耗费将很高,在设置你的问题前,尽可能减少问题的statement到最简化的可能形式。
在你开始第一次求解尝试,取而代之尽力去求解多相流动的所有的复杂方面,你可以以简单近似地开始并且知道问题定义的最终形式。
简化多相流问题的一些建议列举如下:
1.使用六面体或四边形网格(而不用四面体或三角形网格)。
2.减少相的数目。
你会发现即使简单的近似也会给你的问题提供有用的信息。
3.2选用多相流模型并指定相数(EnablingtheMultiphaseModelandSpecifyingtheNumberofPhases)
为了选VOF,mixture,Eulerian多相流模型,在MultiphaseModelpanel下选VolumeofFluid,Mixture,orEulerianastheModel。
Define
Models
Multiphase...
如果你选的欧拉模型,输入如下:
∙numberofphases:
为了给多相流计算指定相数,在NumberofPhases下输入合适的值。
你最多可以指定20相。
∙(optional)cavitationeffects:
包含气穴影响(IncludingCavitationEffects)
对混合的欧拉模型计算,包含气穴影响是可能的。
为了选气穴模型,在MultiphaseModelpanel中InterphaseMassTransfer下打开Cavitation。
由于气穴影响,接下来你应指定在使用传质计算时的两个参数。
这些参数的指定应当于调查下的流动特征参数相一致:
Reynoldsnumberandcavitationnumber。
在MultiphaseModelpanel中CavitationParameters下面,设置VaporizationPressure(PV)和BubbleNumberDensity(
)。
的默认值是10000,由Kubotaetal推荐。
默认的PV值是2367.8,环境温度下水的汽化压力。
3.3定义相概述(OverviewofDefiningthePhases)
为了定义相(包括它们的材料属性)和相间的相互作用(例如,欧拉模型中的曳力函数),你将使用Phasespanel(Figure 1).Define
Phases...
Figure1:
ThePhasesPanel
这个面板中Phase下的每一项两类之一,如在Type列表中所示:
primary-phase指出了所选项是主相,secondary-phase指出所选项是第二相。
指定相之间的相互作用,点击Interaction...button.。
3.3.1DefiningthePrimaryPhase定义主相
!
!
通常,你可以你喜欢的任何方式指定主相和第二相。
考虑你的选择如何影响问题的设置是一种很好的主意,特别是在复杂的问题中。
例如,对区域一部分中的一相,如果你计划patch其初始体积份额为1,指定这个相为第二相更方便。
同样,如果一相是可压缩的,为了提高解的稳定性,建议你指定它为主相。
3.3.2DefiningaNon-GranularSecondaryPhase定义非颗粒(即液体或气体)第二相
1)Selectthephase(e.g.,phase-2)inthePhaselist.
2)ClickSet...,andtheSecondaryPhasepanel(Figure3)willopen.
Figure3:
TheSecondaryPhasePanelforaNon-GranularPhase
3)IntheSecondaryPhasepanel,enteraNameforthephase.
4)SpecifywhichmaterialthephasecontainsbychoosingtheappropriatematerialinthePhaseMaterialdrop-downlist.
5)DefinethematerialpropertiesforthePhaseMaterial,followingthesameprocedureyouusedtosetthematerialpropertiesfortheprimaryphase.
6)IntheSecondaryPhasepanel,specifytheDiameterofthebubblesordropletsofthisphase.Youcanspecifyaconstantvalue,oruseauser-definedfunction.SeetheseparateUDFManualfordetailsaboutuser-definedfunctions.
7)ClickOKintheSecondaryPhasepanel.
3.3.3DefiningaGranularSecondaryPhase定义颗粒第二相
1)Selectthephase(e.g.,phase-2)inthePhaselist.
2)ClickSet...,andtheSecondaryPhasepanel(Figure 4)willopen.
3)IntheSecondaryPhasepanel,enteraNameforthephase.
4)SpecifywhichmaterialthephasecontainsbychoosingtheappropriatematerialinthePhaseMaterialdrop-downlist.
5)DefinethematerialpropertiesforthePhaseMaterial,followingthesameprocedureyouusedtosetthematerialpropertiesfortheprimaryphase.Foragranularphase(whichmustbeplacedinthefluidmaterialscategory).
!
!
Youneedtospecifyonlythedensity;youcanignorethevaluesfortheotherproperties,sincetheywillnotbeused.IntheSecondaryPhasepanel.
6) Enablethe Granular option.
7) (optional)Enablethe PackedBed optionifyouwanttofreezethevelocityfieldforthegranularphase.
!
!
Notethatwhenyouselectthepackedbedoptionforaphase,youshouldalsousethefixedvelocityoptionwithavalueofzeroforallvelocitycomponentsforallinteriorcellzonesforthatphase.
8)Specifythe GranularTemperatureModel.Chooseeitherthedefault PhaseProperty optionorthe PartialDifferentialEquation option.
Figure4:
TheSecondaryPhasePanelforaGranularPhase
9)Inthe SecondaryPhase dialogbox,specifythefollowingpropertiesoftheparticlesofthisphase:
ØDiameter specifiesthediameteroftheparticles.Youcanselect constant inthedrop-downlistandspecifyaconstantvalue,orselect user-defined touseauser-definedfunction.
ØGranularViscosity specifiesthekineticpartofthegranularviscosityoftheparticles(μs,kin ).Youcanselectconstant (thedefault)inthedrop-downlistandspecifyaconstantvalue,select syamlal-obrien tocomputethevalue ,select gidaspow tocomputethevalue ,orselect user-defined touseauser-definedfunction.
ØGranularBulkViscosity specifiesthesolidsbulkviscosity(λq).Youcanselect constant (thedefault)inthedrop-downlistandspecifyaconstantvalue,select lun-et-al tocomputethevalue ,orselect user-defined touseauser-definedfunction.
ØFrictionalViscosity specifiesashearviscositybasedontheviscous-plasticflow(μs,fr ).Bydefault,thefrictionalviscosityisneglected,asindicatedbythedefaultselectionof none inthedrop-downlist.Ifyouwanttoincludethefrictionalviscosity,youcanselect constant andspecifyaconstantvalue,select schaeffer tocomputethevalue ,select johnson-et-al tocomputethevalue,orselect user-defined touseauser-definedfunction.
ØAngleofInternalFriction specifiesaconstantvaluefortheangle φusedinSchaeffer'sexpressionforfrictionalviscosity.Thisparameterisrelevantonlyifyouhaveselected schaeffer or user-defined forthe FrictionalViscosity.
ØFrictionalPressure specifiesthepressuregradientterm,▽Pfriction,inthegranular-phasemomentumequation.Choose none toexcludefrictionalpressurefromyourcalculation, johnson-et-al, syamlal-obrien, based-ktgfwherethefrictionalpressureisdefinedbythekinetictheory.Thesolidspressuretendstoalargevaluenearthepackinglimit,dependingonthemodelselectedfortheradialdistributionfunction.Youmusthookauser-definedfunctionwhenselectingthe user-defined option.
FrictionalModulus isdefinedas
with G≥0,whichisthe derived option.Youcanalsospecifya user-defined functionforthefrictionalmodulus.
ØFrictionPackingLimit specifiesathresholdvolumefraction(开始体积分数)atwhichthefrictionalregimebecomesdominant.Itisassumedthatforamaximumpackinglimitof0.6,thefrictionalregimestartsatavolumefractionofabout0.5.Thisisonlyageneralruleofthumbastheremaybeotherfactorsinvolved.
ØGranularConductivity specifiesthesolidsgranularconductivity(kθs ).Youcanselect syamlal-obrien tocomputethevalue,select gidaspow tocomputethevalue,orselect user-defined touseauser-definedfunction.
!
!
Note,however,that ANSYSFLUENT currentlyusesanalgebraicrelationforthegranulartemperature.Thishasbeenobtainedbyneglectingconvectionanddiffusioninthetransportequation.
ØGranularTemperature specifiestemperature forthesolidsphaseandisproportionaltothekineticenergyoftherandommotionoftheparticles.Chooseeitherthe algebraic,the constant,or user-defined option.
ØSolidsPressure specifiesthepressuregradientterm,▽Ps ,inthegranular-phasemomentumequation.Chooseeitherthe lun-et-al,the syamlal-obrien,the ma-ahmadi, none,ora user-defined option.
ØRadialDistribution specifiesacorrectionfactorthatmodifiestheprobabilityofcollisionsbetweengrainswhenthesolidgranularphasebecomesdense.Chooseeitherthe lun-et-al,the syamlal-obrien,the ma-ahmadi,the arastoopour,ora user-defined option.
ØElasticityModulus isdefinedas
with
.
ØPackingLimit specifiesthemaximumvolumefractionforthegranularphase(αs,max ).Formonodispersedspheres,thepackinglimitisabout0.63,whichisthedefaultvaluein ANSYSFLUENT.Inpolydispersedcases,however,smallerspherescanfillthesmallgapsbetweenlargerspheres,soyoumayneedtoincreasethemaximumpackinglimit.
10)Click OK inthe SecondaryPhase dialogbox.
3.3.4DefiningtheInterfacialAreaConcentration
TodefinetheinterfacialareaconcentrationonthesecondaryphaseintheEulerianmodel,performthefollowingsteps:
1)Selectthephase(e.g., phase-2)inthe Phases list.
2)Click Edit... toopenthe SecondaryPhase dialogbox.
3)Inthe SecondaryPhase dialogbox,entera Name forthephase.
4)Specifywhichmaterialthephasecontainsbychoosingtheappropriatematerialinthe PhaseMaterial drop-downlist.
5)Definethematerialpropertiesforthe PhaseMaterial.
6)Enablethe InterfacialAreaConcentration option.Makesurethe Granular optionisdisabledforthe InterfacialAreaConcentration optiontobevisibleintheinterface.
7)Inthe SecondaryPhase dialogbox,specifythefollowingpropertiesoftheparticlesofthisphase:
ØDiameter specifiesthediameteroftheparticlesorbubbles.Youcanselect constant inthedrop-downlistandspecifyaconstantvalue,orselect user-definedtouseauser-definedfunction.Seetheseparate UDFManual fordetailsaboutuser-definedfunctions.The Diameter recommendedsettingis sauter-mean,allowingfortheeffectsoftheinterfacialareaconcentrationvaluestobeconsideredformass,momentumandheattransferac
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